Percobaan Robert Milikan

Setelah perbandingan q/m elektron ditemukan, fisikawan mencoba untuk mengukur besarnya nilai q itu sendiri. Pada tahun 1910-1913, Robert Andrew Milikan seorang ilmuwan asal Amerika berhasil mengukur muatan elektron. Alat-alat yang digunakan dalam percobaan Milikan ini ditunjukan secara skematik pada gambar 1.

Gambar 1: Pecobaan Milikan

Pada gambar 1, tampak teropong dan sumber cahaya. Teropong digunakan untuk melihat apa yang terjadi dalam tabung. Sumber cahaya membantu menerangi bagian dalam tabung ini. Di dalam tabung terdapat keping A dan B yang dapat diberi muatan. Keping ini berlubang ditengahnya. Tepat di atas lubang terdapat sebuah penyemprot yang dapat menyemprotkan butir-butir minyak.

Percobaan dilakukan dengan menyemprotkan minyak di dalam tabung. Ketika disemprotkan, sebagian tetes minyak menjadi bermuatan, gerakan tetes dapat diatur dengan mengatur medan listrik  dalam tabung. Ketika tidak ada medan listrik di dalam tabung, gaya yang bekerja pada tetes minyak hanyalah gaya berat dan gaya gesek kv. (Sebenarnya juga terdapat gaya apung, namun gaya ini sangat kecil sehingga dapat kita abaikan). Pada keadaan seperti ini tetes minyak yang akan bergerak ke bawah dengan kelajuan terminal v_t (gambar 2a).

Gambar 2

Ketika medan listrik dalam tabung dinyalakan, medan listrik diatur sedemikian sehingga tetes minyak bergerak ke atas dengan kelajuan rendah, v_r (gambar 2b). Dengan mengamati gerak tetes minyak dalam tabung melalui teropong, kelajuan v_t dan v_r dapat diukur. Dari persamaan gerak untuk kedua keadaan gerak seperti pada gambar, dan dengan mengeleminisasi konstanta gesekan, k, diperoleh

Medan listrik E dihitung dari beda potensial ∆V dibagi jarak antara pelat d, sedangkan massa tetes minyak m dihitung dari massa jenis dikali volumenya (massa tetes minyak ini tidak dapat ditimbang, tidak ada ada timbangan yang cukup ketelitiannya untuk mengukur massa tetes minyak ini). Untuk menghitung volume, jari-jari tetes minyak didapat dari teorema Stokes yang dimodifikasi (untuk kecepatan rendah).

Dari ribuan tetes, Milikan menemukan bahwa tetes merupakan kelipatan dari suatu nilai. Uatan Ia mendapatkan muatan tetes: -6,4 x 10^-19 C, -1,44 x 10^-19 C, -8 x 10^-19 C, -,1,6 x 10^-19 C, 4,8 x 10^-19 C, dan -1,6 x 10^-18 C. Tidak pernah ia mendapatkan muatan muatan -2,2 x 10^-19 C atau 5,6 x 10^-19 C dan tidak perna ia mendapatkan tetes yang muatannya kurang dari -1,6 x 10^-19 C.

Jadi dapat dikatakan bahwa muatan tetes selalu kelipatan bilangan bulat dari muatan terkecil q_e = -1,6 x 10^-19 C atau muatan tetes minyak bersifat diskrit (tidak kontinu artinya hanya mengambil harga-harga tertentu saja, yaitu 1q_e, 2q_e, 3q_e, dan seterusnya),

Muatan tetes = (1, 2, 3, 4, 5, . . .) x q_e

Dengan

q_e = -1,6 x 10^-19 C

percobaan-percobaan modern yang sangat akurat menunjukkan bahwa

q_e = -1,60217733 x 10^-19 C

sejak penemuan Milikan banyak percobaan dilakukan untuk menunjukkan bahwa q_e merupakan muatan partikel terkecil yang menjadi penyusun atom. Juga dibuktikan secara langsung bahwa berkas sinar katoda terdiri dari partikel yang muatannya q_e. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa partikel terkecil yang menjadi penyusun atom adalah elektron yang muatannya sebesar q_e.

Dengan menggunakan nilai q_e pada hasil q/m dari percobaan Thomson, kita dapat peroleh besarnya massa elektron m_e.

q/m = 1,76 x 10¹¹ C/kg

m = q/(1,76 x 10¹¹ C/kg) = 1,6 x 10^-19 C/(1,76 x 10¹¹ C/kg) = 9,1 x 10^-31 kg

atau perhitungan yang lebih akurat memberikan massa elektron adalah

m_e = 9,1093897 x 10^-31 kg

Catatam: Dalam perkembangan fisika modern ada teori  yang mengatakan bahwa muatan kuark lebih kecil daripada muatan elektron. Namun tidak pernah ditemukan kuark tunggal. Kuark selalu ditemukan berpasangan atau bertiga yang jumlah total muatannya selalu kelipatan bilangan bulat dari harga mutlat muatan elektron. Jadi sampai saat ini boleh dikatakan muatan terkecil adalah muatan elektron.

Percobaan Thomson

Percobaan Thomson dilakukan bukan saja untuk membuktikan bahwa sinar katoda merupakan berkas bermuatan negatif, tetapi juga mengukur perbandingan antara muatan dan massa partikel bermuatan negatif itu.

Gambar 1: Percobaan Thomson

Gambar 1 melukiskan percobaan yang Thomson lakukan. Ujung tabung dilapisi zat fluoresen yang ketika ditumbuk oleh berkas sinar katoda akan memancarkan cahaya.

1. Mula-mula Thomson melalukan percobaan tanda medan magnet ataupun medan listrik. Sinar katoda yang ditembakkan bergerak lurus menumbuk ujung tabung, F, sehingga ujung tabung tampak bintik cahaya. Posisi bintik cahaya ini Thomson beri tanda pada suatu kertas berskala.
2. Kemudian Thomson memberikan memberikan medan listrik pada kedua keping logam, dengan keping atas bermuatan negatif dan keping bawah bermuatan positif. Ternyata bintik cahaya bergeser ke bawah, titik E. Ini menunjukkan bahwa berkas sinar katoda menyimpang ke arah bahwa.
3. Ketika medan listrik diganti dengan medan magnet yang arahnya ke luar bidang kertas, ternyata bintik bergeser ke atas, titik D, (sinar katoda menyimpang ke arah atas).
4. Percobaan 2 dan 3 menunjukkan bahwa sinar katoda terdiri dari partikel bermuatan negatif (jika partikelnya positif arah simpangan akan berlawanan dengan apa yang ditunjukkan pada hasil percobaan 2 dan 3).

Gambar 2: Analisis gerak sinar katoda

Untuk mendapatkan gambaran yang lebih jelas dari percobaan Thomson, mari kita menganalisis gerak elektron dalam tabung. Gambar 2 menunjukkan lintasan dari partikel negatif memasuki medan listik  E dan daerah medan magnet, B dengan kecepatan horisontal v_x. Pertimbangkan pertama hanya medan listrik E antara pelat. Untuk kasus ini, v_x tetap konstan di seluruh gerak karena tidak ada gaya yang bekerja dalam arah x. Gerak partikel arah sumbu y mengalami percepatan konstan ke atas karena dipengaruhi gaya listrik antar pelat dan partikel mengikuti lintasan seperti parabola dengan simpangan atau sudut defleksi sebesar θ. Karena kecepatan awal arah sumbu y sama dengan nol maka

v_y = a_yt

karena a_y = F_e/m = Ee/m_e = Ve/m_ed dan t = l/v_x, di mana d adalah jarak antara dua pelat yang dihubungkan dengan beda potensial V dan l adalah panjang pelat, maka

Dari gambar 2, kita peroleh, tan θ = v_y/v_x, sehingga

Asumsikan bahwa suduk defleksinya sangat kecil sehingga, tan θ ≈ θ, maka

Perhatikan bahwa sudut defleksi, θ, tegangan dipasang di antara kedua pelat, V, panjang pelat dan jarak antara kedua pelat semua bisa diukur. Oleh karena itu, Thomson hanya perlu mengukur v_x untuk menentukan e/m_e. Thomson menentukan v_x dengan memberikan medan magnet, B dan menyesuaikan besarnya hanya menyeimbangkan medan listrik E yang ada. Dengan menyamakan gaya akibat medan listrik dan gaya akibat medan magnet memberikan

Subtitusikan v_x ini ke dalam persamaan sebelumnya kita peroleh:

Nilai e/m yang diterima saat ini adalah 1,758803 x 10¹¹ C/kg. Meskipun nilai asli yang diterima Thomson hanya sekitar 1 x 10¹¹ C/kg.

Thomson tidak hanya menghitung nilai e/m tetapi Ia juga menunjukkan bahwa q/m itu berlaku untuk semua sinat katoda yang dihasilkan dari berbagai jenis material. Jadi, Thomson berkesimpulan bahwa sinar katoda merupakan partikel yang dimiliki oleh semua jenis material.

Jika kita bandingkan, ternyata q/m untuk sinar katoda 1833 kali lebih besar dari harga q/m ion hidrogen yang diukur melalui percobaan elektrolisis. Perbandingan ini menyiratkan dua kemungkinan:

• muatan partikel sinar katoda jauh lebih besar daripada muatan ion hidrogen dan
• massa partikel sinar katoda jauh lebih kecil daripada massa ion hidrogen.

Thomson kemudian melakukan ekperimen yang walaupun tidak akurat, tetapi dapat menunjukkan bahwa muatan partikel sinar katoda ini hampir sama dengan muatan ion hidrogen sehingga ia berkesimpulan bahwa massa partikel sinar katoda jauh lebih kecil dari massa ion/atom hidrogen. Dari sini ia mengusulkan suatu hipotesis bahwa atom bukanlah bagian terkecil dari suatu material, tetapi atom tersusun dari partikel-partikel lain yang salah satunya adalah partikel sinar katoda. Thomson menamakan sinar katoda ini dengan elektron.

Model Atom Rutherford

Gambar 1: Skema Percobaan Rutherford

Rutherford bersama dua orang asistennya, Geiger dan Marsden, melakukan percobaan pada tahun 1911. Teknik yang digunakan Rutherford dalam percobaannya ditunjukkan pada gambar 1. Seberkas partikel alfa ditembakkan melalui telah pelat timbal dan akhirnya menumbuk lempeng emas. Untuk mendeteksi partikel alfa yang keluar dari lempeng emas, dipasang lempeng yang berlapis seng sulfida. Bila partikel alfa menumbuk lempeng ini, maka akan tampak suatau nyala sekilas yang dapat diamati secara visual.

Hasil pengamatan Rutherford adalah sebagian besar partikel alfa (α) lewat tanpa mengalami pembelokan/hambatan, sebagian kecil dibelokkan, dan sedikit sekali yang dipantulkan kembali.

Tiga kesimpulan Rutherford dari percobaannya sebagai berikut:

1. Sebagian sekali partikel alfa menembus lempeng logam tanpa dibelokkan. Peristiwa ini menunjukkan bahwa sebagian besar ruang dalam atom-atom emas adalah ruang kosong.
2. Sedikit sekali partikel alfa yang dipantulkan kembali. Peristiwa ini menunjukkan bahwa partikel alfa telah menumbuk bagian yang sangat keras dari atom, yang disebut inti atom. Bagian ini mempunyai ukuran sangat kecil dibandingkan dengan ukuran atomnya.
3. Sebagian kecil partikel alfa dibelokkan. Peristiwa ini menunjukkan bahwa muatan inti atom adalah sejenis dengan muatan partikel alfa (positif). Partikel alfa yang lewat dekat inti atomd dibelokka oleh gaya tolak menolak muatan-muatan listrik yang sejenis.

Gambar 2: Model Atom Rutherford

Dari hasil percobaan Rutherford tampak bahwa model atom Thomson yang menyatakan bahwa massa atom yang tersebar merata dalam seluruh atom tidak dapat diterima lagi. Berdasarkan tiga kesimpulan yang telah diperoleh dari percobaannya, Rutherford mengajukan model atom baru, yang disebut model atom Rutherford yang berbunyi sebagai berikut:

1. Semua muatan positif dan sebagian besar massa atom berkumpul pada sebuah titik di tengah-tengah atom, yang disebut inti atom.
2. Inti atom yang dikelilingi oleh elektron-elektron pada jarak relatif jauh. Elektron-elektron berputar pada lintasan-lintasan, seperti planet-planet yang bergerak mengelilingi Matahari dalam tata surya, lihat gambar 2.

Atom secara keseluruhan bersifat netral, sehingga jumlah muatan positif inti harus sama dengan jumlah muatan negatif elektron seluruhnya. Bila elektron mempunyai muatan sebesar satu muatan elementer, maka muatan inti adalah kelipatan muatan elementer. Nomor atom Z menunjukkan jumlah muatan positif inti (Σp) atau jumlah elektron (Σe) yang mengitari inti.

Karena jumlah muatan inti sama dengan jumlah elektron-elektron yang mengitarinya, maka muatan inti sama dengan nomor atom Z dikalikan dengan muatan elementer e.

Walaupun model atom ini cukup berguna dalam banyak hal, model ini tidak cukup menjelaskan susunan elektron-elektron.

Kelemahan medasar terori atom Rutherford adalah sebagai berikut:

1. Model atom Rutherford tidak dapat menjelaskan kestabilan atom.

Gambar 3:Lintasan spiral elektron

Elektron bermuatan negatif dan inti atom bermuatan positif maka akan muncul gaya Coulomb pada elektron. Gaya ini berfungsi sebagai gaya sentripetal yang menjaga gerak elektron tetap pada lintasannya. Gaya sentripetal ini menyebabkan elektron dipercepat. Dari teori elektromagnetik Maxwell, muatan elektron dipercepat akan memancarkan gelombang elektromagnetik. Karena pemancaran gelombang elektromagnetik (energi), maka energi elektron akan berkurang. Akibatnya jari-jari lintasannya akan mengecil. Lintasan tidak lagi merupakan lingkarang dengan jari-jari yang tetap, tetapi merupakan putaran spiral mendekati inti. Akhirnya elektron bersatu. Tetapi tentu saja hal ini tidak perna terjadi. Mengapa elektron bergerak dipercepat sambil memancarkan gelombang elektromagnetik tidak mendekati dan bersatu dengan inti atom? inilah yang tidak dapat dijelaskan oleh Rutherford.

2. Model atom Rutherford tidak dapat menjelaskan spektrum garis atom hidrogen.

Karena lintasan elektron semakin mengecil, maka periodenya juga makin mengecil. Oleh karena itu, frekuensi gelombang yang dipancarkan atom bermacam-macam. Dengan kata lain, spektrum atom hidrogen akan menunjukkan spektrum kontinu dan bukan spektrum garis.

Model Atom Borh

Gambar Model Atom Bohr

Menurut Borh, model atom Rutherford sudah cukup baik. Untuk menyempurnakan model atom Rutherford ini Borh punya pandangan sangat berani dan sangat radikal yaitu

“teori elektromagnetik klasik tidak berlaku pada sistem yang berukuran sangat kecil seperti atom”

Aneh tapi nyata bahwa dengan konsep ini Borh menyelamatkan model atom Rutherford sehingga Rutherford tidak perlu khawatir elektronnya kehabisan energi dan jatuh menimpah inti.

Di kalangan ilmuwan, pandangan radikal Borh ini dikenal sebagai dua postulat (dalil) Borh yaitu:

1. Berlawanan dengan teori elektromagnetik klasik, dalam suatu sistem atom, elektron tidak memancarkan radiasi ketika ia mengorbit inti atom. Lintasan-lintasan di mana elektron dapat mengorbit tanpa memancarkan radiasi dinamakan lintasan stasioner atau orbit stabil.
2. Pemancaran dan penyerapan gelombang elektromagnetik dalam suatu atom berhubungan erat dengan transisi elektron dari dua lintasan stasioner.

Radiasi yang dipancarkan atau yang diserap, mempunyai frekuensi f yang ditentukan oleh rumus

hf = |E_i – E_f|

dengan E_f dan E_i masing-masing menyatakan energi akhir dan energi mula-mula keadaan stasioner dan h merupakan konstanta Planck yang besarnya:

h = 6,6260755 x 10^-35 J.s

catatan: pada persamaan di atas kita menggunakan harga mutlak untuk menghindari f negatif. Jika kita tidak ingin menggunakan harga mutlak, kita harus gunakan rumus hf = E_i – E_f untuk pemancaran radiasi (karena energi mula-mula lebih tinggi dari energi akhir) atau rumus hf = E_f – E_i untuk penyerapaka radiasi (energi akhir lebih tinggi dari energi mula-mula).

Dengan menggunakan postulatnya, Bohr berhasil menurunkan rumus untuk jari-jari lintasan stasionernya dan Borh menurunkan juga rumus spektrum atom hidrogen dan menerangkan mengapa terjadi spektrum yang demikian! Inilah yang membuat model atom Borh terkenal.

Rumus jari-jari lintasan stasioner

Anggap suatu elektron bermuatan q_e = – e mengorbit suatu ini atom yang bermuatan q_i = +Ze. Gaya listrik antara kedua muatan ini diberikan oleh rumus

Dengan k = 9 x 10⁹ Nm²/C² merupakan konstanta Coulomb dan r adalah jarak pusat elektron ke pusat inti atom.
Jika elektron bergerak dalam suatu orbit stabil melingkar mengelilingi inti dengan jari-jari  r dan dengan kelajuan tetap v, maka gaya sentripetalnya sama dengan mv²/r. Karena gaya sentripetal ini diberikan oleh gaya tarik listrik, maka:

Dalam persamaan di ata, hanya r dan v yang merupakan variabel. Untuk menghitung kedua besaran, kita tuliskan persamaan di atas dalam bentuk,

Suku di sebelah kiri merupakan perkalian antara momentum elektron dan jari-jari orbit. Besaran ini dinamakan momentum sudut elektron.
Menurut mekanika Newton (klasik) jari-jari orbit suatu benda dapat mempunyai sembarangan harga. Namun postulat pertama Born menyatakan bahwa hanya orbit tertentu saja yang diijinkan. Postulat Borh dapat dipenuhi jika besaran mvr tidak mengambil sembarang nilai (kita katakan bahwa besaran mvr terkuantisasi atau momentum sudut terkuantisasi), nilai besaran ini ditentukan oleh rumus

Dengan h adalah konstanta Planck dan n = 1, 2, 3, . . . . (tidak nol). Bilangan bulat n yang tampak pada rumus dinamakan bilangan kuantum utama.
Selanjutnya dengan sedikit aljabar kita peroleh

Untuk menghilangkan suku v² kita gunakan rumus gaya sentripetal:

Subtitusi nilai v² ke dalam rumus r² untuk memperoleh:

Besaran dalam kurung dinamakan jari-jari Borh, a₀. Dengan memasukkan nilai h, m, k, e dan Z = 1, besarnya jari-jari Borh untuk atom hidrogen adalah

Dalam suku jari-jari Borh, rumus jari-jari lintasan elektron adalah

 

Pada rumus di atas terlihat bahwa elektron tidak dapat berada di sembarang tempat. Elektron hanya boleh berada pada lintasan-lintasan tertentu saja yang ditentukan oleh bilangan kuantum n.

Kelemahan teori atom Borh

• tidak dapat menerangkan spektrum dari atom yang pada kulit terluarnya lebih dari 1 elektron.
• tidak dapat menerangkan terjadinya garis spektral tambahan ketika atom hidrogen diletakkan pada medan listrik atau medan magnet
• tidak mampu menghitung besarnya panjang gelombang spektral tambahan ini, bahkan tidak meramalkan keberadaan garis ini sama sekali

Hal lain yang menjadi masalah dalam teori atom Borh adalah anggapan Borh bahwa orbit elektron berupa satu garis lingkaran. orbit itu hanya ada dalam teori saja tetapi tidak pernah dapat diselidiki secara langsung melalui eksperimen.  

Model Atom Thomson

Gambar model atom Thomson

Sejak zaman Demokritus (abad ke 4 SM) sampai abad ke-19, orang berpendapat bahwa atom adalah bagian terkcil dari suatu materi. Menurut mereka, atom dapat dibayangkan sebagai suatu bola kecil, keras, dan tidak dapat hancur. Model atom ini cukup sukses menerangkan gerakan dan tumbukan antara molekul-molekul gas dan hal-hal yang berhubungan dengan teori kinetik gas seperti menghitung tekanan dan energi gas.

Namun sejak ditemukannya elektron olej J.J Thomson pada tahun 1897, anggapan bahwa atom adalah bagian terkecil dari suatu materi mulai terhapus.

Thomson sendiri waktu itu sekitar abad ke-19 mengajukan model atom yang cukup terkenal. Menurutnya atom merupakan suatu awan-awan positif berbentuk seperti bola dengan elektron-elektron tersebar di seluruh bagian bola (tidak hanya dipermukaan bola). Massa atom terkonsentrasi pada massa awan-awan ini, (ingat, massa elektron sangat kecil).

Karena atom netral maka muatan awan-awan ini sama dengan jumlah semua muatan elektron tersebar di bola atom ini, namun bernilai positif.

Jari-jari atom diambil sekitar 10^-10 m. Nilai ini diambil berdasarkan informasi teori kinetik gas.

Gambaran atom seperti ini dapat dimisalkan seperti gambaran roti kismis. Kismis yang tersebar di seluruh bagian roti atau kue melambangkan elektron-elektron atom.

Dalam keadaan seimbang, elektron-elektron akan menempati posisi sedemikian sehingga gaya tarik dari awan-awan positif sama besar dengan gaya tolak antara elektron-elektron ini. Untuk atom litium yang mempunyai tiga elektron, posisi keseimbangan terjadi ketika ketiga elektron ini terletak di pusat bola membentuk suatu segitiga sama sisi.

Ketiga atom bertumbukkan, elektron-elektron ini akan terganggu dan mulai bergetar di sekitar posisi keseimbangan (ikatan antar elektron boleh dibayangkan seperti pegas). Elektron bergetar artinya elektron dipercepat dan diperlambat.

Menurut teori elektromagnetik, muatan yang dipercepat atau diperlambat akan memancarkan gelombang elektromagnetik. Gelombang elektromagnetik yang dipancarkan elektron ini akan terlihat sebagai tampak dan dapat memberikan garis terang pada spektrum atom ini.

Model atom Thomson cukup masuk akal. Model atom ini mampu

1. menerangkan terjadinya radiasi berupa cahaya dari gas yang dipanaskan.
2. Dengan model ini, Thomson mampu menjelaskan adanya perbedaan sifat-sifat gas yang satu dengan yang lain.
3. Dapat menerangkan adanya partikel yang lebih kecil dari atom yang disebut dengan subatomik.
4. Dapat menerangkan sifat listrik atom

Itulah sebabnya model Thomson mampu bertahan selama beberapa tahun.

Model atom Thomson mempunyai beberapa kelemahan yaitu

1. Tidak dapat menerangkan fenomena penghaburan partikel alfa oleh selaput tipis emas yang dikemukakan Rutherford
2. Tidak mampu menjelaskan mengenai adanya inti atom

Manfaat radioisotop dalam kehidupan

Pengenalan radioisotop bagi kehidupan umat manusia dimaksudkan untuk kesejahteraan manusia dan bukan untuk mengancam kehidupan manusia. Radioisotop adalah isotop suatu unsur radioaktif yang memancarkan sinar radioaktif Penggunaan radioisotop sebagai perunut didasarkan pada kenyataan bahwa isotop radioaktif mempunyai sifat kimia yang sama dengan isotop stabil. Jadi, suatu isotop radioaktif mempunyai sifat kimia yang sama seperti isotop stabilnya. Sedangkan penggunaan radioisotope sebagai sumber radiasi didasarkan pada kenyataan bahwa radiasi yang dihasilkan zat radioaktif dapat mempengaruhi materi maupun makhluk. Radiasi dapat digunakan untuk memberi efek fisis, efek kimia, maupun efek biologis.

Berdasarkan nama unsur manfaatnya seperti dipelihatkan pada tabel!

No.	Nama Unsur	Manfaat Unsur
1.	Iodium (I-131)	–          Mencari ketidaknormalan pada tiroid / kelenjar tiroid. –          Di bidang hidrologi dapat digunakan untuk mengetahui kecepatan aliran sungai.
2	Iodium (I-123)	–          Disuntikkan pada pasien untuk mengetahui ada tidaknya gangguan ginjal.
3	Karbon (C-14)	–          Mencari ketidaknormalan yang berhubungan dengan diabetes dan anemia. –          Mengukur umur fosil hewan, tumbuhan dan manusia (dengan pengukuran pancaran sinar beta).
4	Kromium (Cr-51)	–          Mendeteksi kerusakan limpa
5	Selenium (Se-75)	–          Mendeteksi kerusakan pankreas.
6	Teknetium (Tc-99)	–          Keperluan scanning tulang dan paru-paru –          Scanning kerusakan jantung –          Menyelidiki kebocoran saluran air bawah tanah.
7	Ti-201	–          Mendeteksi kerusakan jantung, digunakan bersama dengan Tc-99.
8	Galium (Ga-67)	–          Keperluan scanning getah bening.
9	Xe-133	–          Mendeteksi kesehatan paru-paru.
10	Fe-59	–          Mempelajari pembentukan sel darah merah.
11	Natrium (Na-24)	–          Untuk deteksi penyempitan pembuluh darah/trombosis –          Mendeteksi kebocoran saluran air bawah tanah dan menyelidiki kecepatan aliran sungai –          Di bidang kesehatan digunakan untuk mendeteksi gangguan peredaran darah.
12	Radioisotop Silikon	–          Perunut radioisotop pada proses pengerukan lumpur pelabuhan atau terowongan.
13	Fosfor (P-32)	–          Di bidang pertanian ddapat digunakan untuk memperkirakan jumlah pupuk yang diperlukan tanaman. –          Di bidang kesehatan dapat digunakan mendeteksi penyakit mata, tumor dan hati.
14	Uranium (U-238)	–          Menaksir umur batuan.
15	Uranium (U-235)	–          Reaksi berantai terkendali dalam PLTN.
16	Kobalt (Co-60)	–          Mengontrol pertumbuhan beberapa jenis kanker melalui sinar gamma yang dihasilkan.
17	Isotop 8O15	–          Menganalisis proses fotosintesis pada tanaman.
18	Isotop O-18	–          Di bidang kimia dapat digunakan sebagai atom tracer / perunut asal mula molekul air yang terbentuk.
19	K-40	–          K-40 digunakan bersama-sama dengan dan Ar-40 stabil untuk mengukur umur batuan, dengan membandingkan konsentrasi K-40 dan Ar-40 pada batuan.
20	Pu-238	–          Energi listrik dari alat pacu jantung

Penggunaan radioisotop digunakan dalam berbagai bidang, misalnya pada bidang Kedokteran, Industri, Pertanian, Hidrologi, Biologis, Pertambangan, dan lain- lain. Tujuan penggunaan radioisotop bagi kehidupan manusia adalah untuk kesejahteraan manusia dan memudahkan keberlangsungan hidup manusia.

Manfaat radioisotop dalam berbagai bidang kehidupan baik sebagai perunut maupun sebagai sumber radiasi adalah sebagai berikut :

Pemanfatan Radiasi dalam Bidang Kedokteran

Perkembangan teknologi dalam ilmu kesehatan semakin tahun semakin meningkat, termasuk dalam bidang radiologi, yang dalam praktek sehari-harinya menggunakan radiasi sebagai komponen utama dalam pengerjaanya. Radiasi dimanfaatkan dalam bidang kesehatan khususnya dalam diagnosis dan terapi, sumber yang di pakai sebagi pemancara radiasi dalam diagnostik adalah pesawat sinar-x. sedangkan dalam bidang kedokteran nuklir dan terapi adalah radioisotop (isotope radioaktif).

Radioisotop dalam Bidang Diagnosis

Radioisotop digunakan dalam bidang diagnosis karena dapat memancarkan radiasi yang berupasinar gamma, sinar gamma ini kemudian akan ditangkap oleh detektor gamma (gamma camera), dan akan di konvensi menjadi citra radiografi, berbagai jenis radio isotop banyak digunakan untuk mendeteksi berbagai penyakit antara lain Teknesium-99, Talium-201 (TI-201), Iodin-131 (I- 131), Natrium-24 (Na-24), Xenon-133 (X3-133), Fosforus-32, dan besi-59 (Fe- 59). Jadi radioisotop di suntikan kedalam pembuluh darah dan kemudian akan di serap oleh jaringan tertentu sesuai sensitifitasnya ( sensitive terhadap organ tertentu, seperti halnya Teknisium-99 (Tc-99) akan di serap oleh jaringan tertentu yang rusak seperti jatung. Paru-paru, dan hati. Sedangkan Ti-201 terutama akan di serap oleh jaringan sehat pada organ jantung, paru-paru dan hati. Maka, ke dua radioisotop itu digunakan bersama-sama untuk mendeteksi kerusakan jantung. Adapula Iodin-123 (I-123) adalah radioisotop yang akan di serap terutama oleh kelenjar tiroid, hati dan beberapa bagian tertentu dari otak. Sehingga I-131 digunakan untuk mendeteksi kerusakan pada kelenjar tiroid, hati, dan untuk mendeteksi tumor otak.

Semakin berkembangnya zaman banyak jenis radioisotop ditemukan yang biasa digunakan untuk mendiagnosa penyakit seperti Natrium-24 (Na-24) untuk mendeteksi dan ganguan dalam peredaran darah Xenon-133 (Xe-133) digunakan untuk mendeteksipenyakit paru-paru, phosphor-32 (P-32) digunakan untuk mendeteksi penyakit mata, tumor, dan lain-lain. Sr-85 untuk mendeteksi penyakit pada tulang. Se-75 untuk mendeteksi penyakit pancreas. Colbalt-60 (Co-60) sumber radiasi gamma untuk terapi tumor dan kanker. Femur-59 (Fe- 59) dapat digunakan untuk mempelajari dan mengukur laju pembentukan sel darah merah dalam tubuh dan untuk menentukan apakah zat besi dalam makanan dapat digunakan dengan baik oleh tubuh.

Radioisotop dalam Bidang TerapiBerbagai jenis tumor atau kanker dapat diterapi dengan radiasi. Sebenarnya, baik sel normal maupun sel kanker dapat di rusak oleh radiasi tetapi sel kanker atau tumor ternyata lebih sensitive (lebih mudah rusak). Oleh karena itu, sel kanker atau tumor dapat di matikan dengan mengarahkan radiasi secra tetapt pada sel-sel atau tumor dapat di matikan dengan mengarahkan radiasi secara tepatpada sel-sel kanker tersebut.

Unsur lain dalam bidang kedokteran :

• Bismuth-213 (46 menit) digunakan untuk terapi alfa ditargetkan (TAT), terutama kanker, karena memiliki energy tinggi (8.4 MeV).
• Colbalt-60 (5,27 tahun dahulu digunakan untuk radioterapi berkas eksternal, sekarang lebih banyak digunakan untuk sterilisasi.
• Iodine-125 (60detik) : digunakan dalam brachytherapy kanker (prostatdanotak),juga diagnose untuk mengevaluasi tingkat filtrasi ginjal dan untuk mendiagnosis deep vein thrombosis di kaki.

Pemanfatan Radiasi dalam Bidang Hidrologi

• Untuk Menguji kecepatan aliran sungai atau aliran lumpur

Radioisotop ini dapat digunakan untuk mengukur debit air. Biasanya, radioisotope natrium-24 (Na-24) digunakan dalam bentuk gaream NaCl. Dalam penggunaanya, garam ini dilarutkan ke dalam air atau lumpur yang akan diteliti debitnya. Pada tempat atau jarak tertentu, intensitas radiasi diperiksa, sehingga rentang waktu yang diperlukan untuk mencapai jarak tersebut dapat diketahui (Abdul Jalil Amri Arma, 2009).

• Untuk mendeteksi kebocoran pada pipa bawah tanah

Untuk mendeteksi kebocoran pada pipa-pipa yang ditanam di bawah tanah, biasanya digunakan radioisotope Na-24 dalam bentuk garam NaCl atau Na2CO3. Radioisotop Na-24 ini dapat memancarkan sinar gamma yang bisa dideteksi dengan menggunakan alat pencacah radioaktif Geiger Counter. Untuk mendeteksi kebocoran pada pipa air, garam yang mengandung radioisotope Na-24 dilarutkan kedalam air. Kemudian, permukaan tanah di atas pipa air diperiksa dengan Geiger Counter. Intensitas radiasi yang berlebihan menunjukkan adanya kebocoran. Radioisotop juga dapat digunakan untuk menguji kebocoran sambungan logam pada pembuatan rangka pesawat.

 Pemanfaatan Radiasi dalam Bidang Biologi

1. Pengukuran Usia Bahan Organik

Dalam bidang biologi, radioisotop dapat digunakan untuk mempelajari mekanisme reaksi fotosintesis. Radioisotope ini, berupa karbon- 14 (C-14) atau oksigen-18 (O-18). Keduanya dapat digunakan untuk mengetahui asal-usul atom oksigen (dari CO2 atau dari H2O) yang akan membentuk senyawa glukosa atau oksigen yang dihasilkan pada proses fotosintesis

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2

Radioisotop karbon-14, terbentuk di bagian atas atmosfer dari penembakan atom nitrogen dengan neutron yang terbentuk oleh radiasi kosmik. Karbon radioaktif tersebut di permukaan bumi sebagai karbon dioksida dalam udara dan sebagai ion hidrogen karbonat di laut. Oleh karena itu karbon radioaktif itu menyertai pertumbuhan melalui fotosintesis. Lama kelamaan terdapat kesetimbangan antara karbon-14 yang diterimadan yang meluruh dalam tumbuh-tumbuhan maupun hewan, sehingga mencapai 15,3 dis/menit gram karbon. Keaktifan ini tetap dalam beberapa ribu tahun. Apabila organisme hidup mati, pengambilan C-14 terhenti dan keaktifan ini berkurang. Oleh karena itu umur bahan yang mengandung karbon dapat diperkirakan dari pengukuran keaktifan jenisnya dan waktu paruh C-14. (12 T = 5.730 tahun).

2. Mempelajari proses penyerapan air serta sirkulasinya di dalam batang tumbuhan.
3. Mempelajari pengaruh unsur-unsur hara selain unsur-unsur N, P, dan K terhadap perkembangan tumbuhan.
4. Memacu mutasi gen tumbuhan dalam upaya mendapatkan bibit unggul.
5. Mempelajari kesetimbangan dinamis.
6. Mempelajari reaksi pergeseran.

Pemaanfaatan Radiasi dalam Bidang Pertanian Aplikasi radioisotop di bidang pertanian tidak kalah menariknya. Radioisotop dapat digunakan untuk merunut gerakan pupuk di sekitar tanaman setelah ditabur. Gerakan pupuk jenis fosfat, dari tanah sampai ke dalam tumbuhan dapat ditelusuri dengan mencampurkan radioisotop fosfor-32 (P-32) ke dalam senyawa fosfat di dalam pupuk. Dengan cara ini dapat diketahui pola penyebaran pupuk dan efektifitas pemupukan.

1. Pemberantasan hama dengan teknik jantan mandul

Radiasi dapat mengakibatkan efek biologis, misalnya hama kubis. Di laboratorium dibiakkan hama kubis dalam bentuk jumlah yang cukup banyak. Hama tersebut lalu diradiasi sehingga serangga jantan menjadi mandul. Setelah itu hama dilepas di daerah yang terserang hama. Diharapkan akan terjadi perkawinan antara hama setempat dengan jantan mandul dilepas. Telur hasil perkawinan seperti itu tidak akan menetas. Dengan demikian reproduksi hama tersebut terganggu dan akan mengurangi populasi.

2. Pemuliaan Tanaman

Pemuliaan tanaman atau pembentukan bibit unggul dapat dilakukan dengan menggunakan radiasi. Misalnya pemuliaan padi, bibit padi diberi radiasi dengan dosis yang bervariasi, dari dosis terkecil yang tidak membawa pengaruhb hingga dosis rendah yang mematikan. Biji yang sudah diradiasi itu bkemudian disemaikan dan dtanam berkelompok menurut ukuran dosis radiasinya. Radioisotop ini digunakan untuk memicu terjadinya mutasi pada tanaman. Dari proses mutasi ini diharapkan dapat diperoleh tanaman dengan sifat-sifat yang menguntungkan, misalnya tanaman padi yang lebih tahan hama dan memiliki tunas lebih banyak. Selain itu, radioisotop juga dapat digunakan untuk memperpanjang masa simpan produk-produk pertanian.

3. Penyimpanan Makanan Kita mengetahui bahwa bahan makanan seperti kentang dan bawang jika disimpan lama akan bertunas. Radiasi dapat menghambat pertumbuhan bahan-bahan seperti itu. Jadi sebelum bahan tersebuat di simpan diberi radiasi dengan dosis tertentu sehingga tidak akan bertunas, dengan demikian dapat disimpan lebih lama.
4. Pemupukan Untuk melaksanakan pemupukan pada waktu yang tepat, dapat digunakan nitrogen-15(N-15). Pupuk yang mengandung N-15 dipantau dengan alat pencacah. Jika pencacah tidak mendeteksi lagi adanya radiasi, berarti pupuk sudah sepenuhnya diserap oleh tanaman. Pada saat itulah pemupukan yang diperlukan dan sesuai dengan usia tanaman.

Pemanfaatan Radiasi dalam Bidang IndustriPada saat ini radioaktif mulai digunakan di bidang industri. Misalnya industri pupuk, atau bahkan digunakan oleh perusahaan yang mencari sumber- sumber baru minyak bumi yang ada diperut bumi.

1. Pemeriksaan tanpa merusak Pada saat ini radioaktif mulai digunakan di bidang industri. Misalnya dalam bidang industri pupuk, atau bahkan digunakan oleh perusahaan yang mencari sumber-sumber baru minyak bumi yang ada diperut bumi. Radiasi sinar gamma dapat digunakan untuk memeriksa cacat pada logam atau sambung las, yaitu merongsen bahan tersebut. Teknik ini berdasar sifat bahwa semakin tebal bahan yang dilalui radiasi, maka intensitas radiasi yang diteruskan makin berkurang, jadi dari gambar yang dibuat dapat terlihat apakah logam merata atau ada bagian-bagian yang berongga didalamnya. Pada bagian yang berongga itu film akan lebih hitam.
2. Mengontrol ketebalan Bahan Ketebalan produk yang berupa lembaran, seperti kertas film atau lempeng logam dapat dikontrol dengan radiasi. Prinsipnya sama seperti diatas, bahwa intensitas radiasi yang diteruskan bergantung pada ketebalan bahan yang dilalui. Detektor radiasi dihubungkan dengan alat penekan. Jika lembaran mejadi lebih tebal, maka intensitas radiasi yang diterima deterktor akan berkurang dan mekanisme alat akan mengatur penekanan lebih kuat sehingga ketebalan dapat dipertahankan.
3. Pengawetan bahan Radiasi juga telah banyak digunakan untuk mengawetkan bahan seperti kayu, barang-barang seni dan lain-lain. Radiasi juga dapat meningkatkan mutu tekstil karena mengubah struktur serat sehingga lebih kuat atau lebih baik mutu penyerapan warnanya. Berbagai jenis makanan juga dapat diawetkan dengan dosis yang aman sehingga dapat disimpan lebih lama.

Radiasi sinar gamma dapat dilakukan pada pengawetan makanan melalui dua cara :

1. Membasmi mikroorganisme, misalnya pada pengawetan rempah-rempah, seperti merica, ketumbar, dan kemiri.
2. Menghambat pertunasan, misalnya untuk pengawetan tanaman yang berkembang biak dengan pembentukan tunas, seperti kentang, bawang merah, jahe dan kunyit.

4. Meningkatkan mutu tekstil. Contohnya mengubah struktur serat tekstil
5. Untuk mempelajari pengaruh oli dan aditif pada mesin selama mesin bekerja.

Radioisotop juga sebenarnya dikenal sebagai pencari jejak, kebocoran dan dinamika fluida didalam pipa pengiriman gas dan cairan dapat dideteksi dengan menggunakan radioisotope. Zat yang sama atau memiliki sifat yang sama dengan zat yang dikirim dicampur (diikutsertakan)dalam pengiriman setelah daitandai dengan radioisotop. Radioisotope yang berda di luar jalur menunjukan terjadinya kebocoran. Keberadaan radioisootop diluar jalur dapat dicari sambil bergerak cepat, sehingga pipa gas bumi atau minyyak yang sangat panjang bahkan mencapai ribuan kilometer dapat dideteksi dengan waktu yang relative singkat. Selain itu radioisotop juga dapat digunakan untuk memeriksa kebocoran tangki penyimpanan atau tangki reaksi.. ppada pengujian ini biasanya digunakan radioisotope yang ssulit beraksi (inert) dari gas mulia, misalnya Xe-133, Ar-41, agar tidak mempengaruhi zat atau proses kimia yang terjadi di dalamnya.

• Pemanfaatan Radiasi dalam Bidang Pertambangan Radioisotop memberikan manfaat besar dalam bidang pertambangan. Pada pertambangan minyak bumi, radioisotopmembantu mencari jejak air dalam lapisan batuan. Pada pengeboran minyak biasanya diperlukan tekanan yang tinggi untuk mencapai sumber dari minyak bumi tersebut. Penambahan tekanan ini dapat dilaukan dengan cara membanjiri ceekungan miinyyak dengan dengan air yag dikenal dengan flooding. Air dsuntikan kedalamnya melalui pengeboran sumur baru. Untuk memastikan bahwa air yang dimaskin ke dalm lapisan batuan benar-benar masuk ke cekungan minyak yang dikehendaki, maka diperlukan peran radioisotop yang berupa koobal-57, kobal-58, dan kobal-60 yang dalam bentuk ion komplek hexacyanocobaltate. Ion ini akan bergerak bersama-sama dengan air suntikan sehingga arah gerakan air tersebut dapat diketahui dengan mendeteksi keberadaan radioisotope cobalt tersebut.

Tritium radioaktif dan cobalt-60 digunakan untuk merunut alur-alur minyak bawah tanah dan kemudian menentukan strategi yang paling baik untuk menyuntikkan air kedalam sumur-sumur. Hal ini akan memaksa keluar minyak yang tersisa di dalam kantung-kantung yang sebelumnya belum terangkat. Berjuta-juta barrel tambahan minyak mentah telah diperoleh dengan cara ini.

• Pemanfaatan Radiasi dalam Bidang Penelitian Kimia

1. Teknik Perunut Teknik perunut dapat dipakai untuk mempelajari mekanisme berbagai reaksi kimia. Misal pada reaksi esterifikasi. Dengan oksigen-18 dapat diikuti reaksi antara asam karboksilat dan alkohol. Dari analisis spektroskopi massa, reaksi esterifikasi yang terjadi dapat ditulis seperti berikut. (isotop oksigen- 18 diberi warna). Hasil analisis ini menunjukkan bahwa molekul air tidak mengandung oksigen-18. Adapun jika O-18 berada dalam alkohol maka reaksi yang terjadi seperti berikut.
2. Penggunaan Isotop dalam Bidang Kimia Analisi

Analisis dengan radioisotope atau disebut radiometric dapat dilakukan dengan dua cara yaitu, sebagai berikut :

• Analisis Pengeceran Isotop

Larutan yang akan dianalisis dan larutan standar ditambahkan sejumlah larutan yang mengandung suatu spesi radioaktif. Kemudian zat tersebut dipisahkan dan ditentukan aktivitasnya. Konsentrasi larutan yang dianalisis ditentukan dengan membandingkannya dengan larutan standar.

• Analisis Aktivitas Neutron (AAN)

Analisis aktivasi neutron dapat digunakan untuk menentukan unsur kelumit dalam cuplikan yang berupa padatan. Misal untuk menentukan logam berat (Cd) dalam sampel ikat laut. Sampel diiradiasi dengan neutron dalam reaktor sehingga menjadi radioaktif. Salah satu radiasi yang dipancarkan adalah sinar gamma . Selanjutnya sampel dicacah dengan spektrometer gamma untuk menentukan aktivitas dari unsur yang akan ditentukan. Contoh analisis aktivitas neutron ini untuk menentukan logam berat (cd) dalam sampel ikat laut. Sampel diiradiasi dengan neutron dalam reaktor sehingga menjadi radioaktif. Salah satu radiasi yang dipancarkan adalah sinar-x. Selanjutnya sampel dicacah dengan spectrometer gamma untuk menentukan aktivitas dari unsur yang akan ditentukan. Dalam bidang kimia, radioisotope dapat digunakan untuk mempelajari mekanisme reaksi kimia, misalnya radioisotop oksigen-18 (O-18) digunakan untuk mempelajari mekanisme reaksi esterifikasi. Radioisotop telah memberikan kontribusi pula dibidang penelitian kimia, utamanya dalam menelusuri mekanisme reaksi. Radioisotop- radioisotop dari unsure hydrogen, karbon nitrogen dan sebagainya telah memainkan peran dalam menjelaskan berbagai mekanisme reaksi pada reaksi-reaksi senyawa organik.

Pemanfaatan Radiasi dalam Bidang Bidang Peternakan

1. Mutasi gen dengan radiasi untuk pemuliaan tanaman.
2. Pemberantasan hama dengan meradiasi serangga jantan sehingga mandul.
3. Pengawetan bahan pangan dengan radiasi sinar-X atau gama untuk membunuh telur atau larva.
4. Menunda pertunasan pada bawang, kentang, dan umbi-umbian untuk memperpanjang masa penyimpanan.
5. Mengkaji efisiensi pemanfaatan pakan untuk produksi ternak.
6. Mengungkapkan informasi dasar kimia dan biologi maupun antikualitas pada pakan ternak.
7. 32P dan 35S, untuk pengukuran jumlah dan laju sintesis protein di dalam usus besar.
8. 14C dan 3H, untuk pengukuran produksi serta proporsi asam lemak mudah menguap di dalam usus besar.

Pemanfaatan Radiasi dalam Pengukuran Usia Bahan Organik

Radioisotop karbon-14, terbentuk di bagian atas atmosfer dari penembakan atom nitrogen dengan neutron yang terbentuk oleh radiasi kosmik. Karbon radioaktif tersebut di permukaan bumi sebagai karbon dioksida dalam udara dan sebagai ion hidrogen karbonat di laut. Oleh karena itu karbon radioaktif itu menyertai pertumbuhan melalui fotosintesis. Lama kelamaan terdapat kesetimbangan antara karbon-14 yang diterima dan yang meluruh dalam tumbuh-tumbuhan maupun hewan, sehingga mencapai 15,3 dis/menit gram karbon. Keaktifan ini tetap dalam beberapa ribu tahun. Apabila organisme hidup mati, pengambilan 14C terhenti dan keaktifan ini berkurang. Oleh karena itu umur bahan yang mengandung karbon dapat diperkirakan dari pengukuran keaktifan jenisnya dan waktu paruh 14C. ( 12 T = 5.730 tahun).

Bahaya Roadioaktivitas

1. Dapat merusak sel-sel penting seperti sel tulang sumsum /penghasil sel darah, akibat radiasi tinggi yang tidak terkendali (termasuk juga radiasi sinar gamma)
2. Dapat merusak/mematikan jaringan atau sel-sel pada makhluk hidup
3. Dapat merusak/mengubah struktur DNA makhluk hidup
4. Dapat mengakibatkan tumor atau kanker
5. Radon yang terhirup paru-paru memancarkan alpha dapat menimbulkan kerusakan dan pertumbuhan kanker
6. Dapat menimbulkan luka bakar (akibat radiasi dosis tinggi).

Peluruhan radioaktif

Peluruhan alfa

Suatu inti tidak stabil dapat meluruh menjadi inti yang lebih ringan + partikel alfa (inti helium, He). Nomor massa (A) inti yang dihasilkan (inti anak) berbeda 4 dibandingkan dengan inti induknya, sedangkan nomor atomnya berkurang 2.

gambar 1: peluruhan alfa

Reaksi peluruhan alfa dapat ditulis sebagai berikut

Dengan X dan X’ masing-masing menyatakan inti induk dan inti anak.

Pada peluruhan alfa terjadi pembebasan energi (hal yang disebabkan karena inti anaknya mempunyai energi ikat per nukleon yang lebih tinggi dibandingkan yang dipunyai inti induk).

Energi dibebaskna ini akan menjadi energi kinetik partikel alfa dan inti anak. Besarnya energi yang dibebaskan, Q dapat dihitung dengan menghitung dulu massa inti yang hilang dari reaksi ini.

Peluruhan beta

Kisah awal peluruhan beta dimulai dari pengamatan peluruhan neutron. Ketika itu orang mengamati bahwa dalam 8 menit, neutron meluruh menjadi proton dan satu partikel yang dinamakan partikel beta,

Belakangan partikel beta ini dinamakan elektron.

Reaksi di atas adalah kurang tepat. Ketika mengamati data-data eksperimen dari reaksi ini, Pauli menemukan bahwa pada reaksi ini energi tidak kekal. Momentum juga tidak kekal. Bahkan momentum sudutpun tidak kekal. Karena itu Pauli mengusulkan bahwa adanya suatu partikel baru bernama anti-netrino. Reaksi yang benar adalah

Reaksi ini memenuhi semua hukum kekekalan (energi, momentum, momentum sudut, muatan). Memang pertama orang sukar menerima ide anti netrino ini tetapi belakangan semua ilmuwan mau menerima ide ini.

Sifat anti neutrino sebagai berikut:

• Muatannya netral

Muatan neutron = 0, muatan proton = +e dan muatan elektron = –e, jadi agar terjadi kekekalan muatan (muatan sebelum dan sesudah peluruhan sama) maka muatan anti-netrino harus sama dengan nol (muatan netral)

• Mempunyai spin = ½

Proton, elektron, neutron masing-masing mempunyai bilangan kuantum spin s = ½. Kombinasi spin proton dan elektron menghasilkan spin 1 (ketika spin mereka paralel ½ + ½ = 1) atau 0 (ketika spin mereka anti paralel ½ – ½ = 0). Sedangkan spin neutron ½ sehingga reaksi n → p + e tidak mungkin terjadi (melanggar hukum kekekalan momentum sudut).

Penambahan anti-netrino dengan spin s = ½ memungkinkan gabungan p, e dan v menghasilkan spin ½. (catatan: spin elektron berhubungan dengan momentum sudut. Jika spin tidak kekal, momentum sudutnya juga tidak kekal)

• Mempunyai energi

Energi yang dimiliki anti-netrino menjamin kekekalan energi pada peluruhan beta.

• Tidak mempunyai massa

Pengamatan spektrum energi dari peluruhan beta menunjukkan bahwa anti-netrino tidak mempunyai massa. Walaupun tidak mempunyai massa, anti-netrino tidak sama dengan foton karena foton mempunyai s = 1.

Peluruhan beta dapat terjadi di dalam inti atom. Akibat peluruhan ini sebuah inti atom dengan Z proton dan N netron akan meluruh menjadi atom lain dengan Z + 1 proton dan N – 1 neutron.

Dengan X dan X’ masing-masing menyatakan inti induk dan inti anak. Pada peluruhan ini juga terjadi pembebasan energi (hal ini disebabkan karena inti anaknya mempunyai energi ikat per nukleon yang lebih tinggi dibandingkan inti induk).

Energi yang dibebaskan ini akan menjadi energi kinetik elektron, anti-netrino dan inti anak. Peluruhan beta yang lain adalah

 

Pada peluruhan ini terjadi sebuah neutron, positron, dan netrino.

Positron merupakan suatu partikel yang mempunyai massa seperti massa elektron tetapi bermuatan positif, partikel ini sering diberi nama anti elektron atau elektron positif. Netrino adalah anti anti-netrino.

Sifat netrino sama dengan sifat anti-netrino kecuali satu yaitu apa yang dinamakan bilangan leptonnya.

Bilangan lepton elektron, netrino, muon, dan tauon diberi nilai +1. Bilangan lepton untuk anti-partikelnya diberi -1. Bilangan lepton partikel lain diberi nilai 0. Dalam suatu reaksi bilangan lepton harus kekal. Pada peluruhan proton, bilangan lepton awal adalah 0. Bilangan lepton akhirnya 0 (neutron) – 1 (positron) + 1 (netrino) = 0.

Peluruhan gamma

Suatu inti yang berada dalam keadaan tereksitasi dapat kembali ke keadaan dasar (groud state) dengan memancarkan sinar gamma (foton). Peristiwa ini dinamakan peluruhan gamma.

Energi foton atau energi sinar gamma yang dipancarkan sama dengan perbedaan energi antara dua tingkat energi dikurangi dengan energi kinetik inti yang terpental.